CN114031649B - 一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，属于功能糖制备技术领域。本发明公开的一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，基于冷却结晶技术，在梯度降温的基础上，结合超声和回温处理，减少结晶过程中细小晶体的出现，降低溶液粘度，从而方便后续离心和干燥，提高晶体粒度和流动性。本发明制备得到的D‑阿洛酮糖晶体形状规则，产品粒度分布在16‑30目的晶体颗粒的质量分数范围为80‑85％，休止角30‑35°，具有纯度高、流动性好、晶体颗粒尺度大且形状均一等特点。

Description

一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法
技术领域
本发明涉及功能糖制备技术领域，更具体的说是涉及一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法。
背景技术
阿洛酮糖(D-psicose)是果糖的一种差向异构体，是一种自然界中较为稀有的天然功能糖。与D-葡萄糖和D-果糖相比，阿洛酮糖甜度相当，但热量极低，很难被消化吸收，几乎不为生命活动提供能量，是一种安全可靠的低卡路里甜味剂，2011年被美国FDA批准为GRAS物质。同时，阿洛酮糖在医药健康领域也有良好的应用可能性，可以抑制脂肪肝酶和肠道α-糖苷酶，从而降低体内脂肪的积累和抑制血糖浓度的上升；具有较强的清除活性氧的能力，对6-羟基多巴胺诱导的细胞凋亡有神经保护的作用，具有治疗神经组织退化和动脉粥样硬化等相关疾病的潜在功能。
目前，阿洛酮糖的结晶方式主要有降温法和有机溶剂析出法两种。有机溶剂结晶常使用乙醇为溶剂，生产成本高，加工存在一定危险性，且污染环境，不利于大规模生产。降温法是目前研究比较多的阿洛酮糖结晶方法。在结晶的过程中，晶体尺寸是影响结晶效果的重要因素。当生产的晶体大部分是细晶粒时，由于过饱和浓度区域的粘度，导致大量伪晶出现，并粘附在大晶体表面形成粘晶，或在离心分离时聚结成为聚晶。粘晶和聚晶的存在，不仅导致晶体粒度分布不均，晶体形态不够理想，还会增大晶体粘度，不利于流化床分离，同时还会降低成品流动性，影响使用效果。
因此，提供一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，在梯度降温结晶的基础上，结合超声和回温处理，减少结晶过程中细小晶体的出现，提高晶体粒度，最终得到形状规则、粒度均匀、流动性好的D-阿洛酮糖晶体。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，包括以下步骤：
(1)将浓缩至60-70％的D-阿洛酮糖溶液加入煮糖罐继续浓缩至85-88％，加入阿洛酮糖干重0.1-2％的晶种，恒温养晶4-6h；
(2)将养晶结束的D-阿洛酮糖饱和溶液放入45-48℃的结晶机中，按0.2-0.3℃/h的速度降至30-35℃；
(3)将步骤(2)获得的溶液进行超声处理辅助结晶，处理时间5-20min；
(4)将步骤(3)获得的溶液进行回温处理，以30-60min的时间使结晶液的温度升高3-5℃，并恒温1-2h；之后按0.4-0.5℃/h的速度降至25℃，停止结晶；
(5)离心分离，得到粒径均匀晶体，经流化床干燥，即得阿洛酮糖晶体产品。
进一步，步骤(1)所述60-70％的D-阿洛酮糖溶液为果糖溶液经D-阿洛酮糖3-差向异构酶催化转化成阿洛酮糖，得到果糖和阿洛酮糖的混合溶液，经过分离纯化及蒸发浓缩处理后的溶液，纯度95％以上。
进一步，所述分离纯化方法采用模拟移动床进行处理；蒸发浓缩处理条件为真空度-0.08MPa。
进一步，步骤(1)所述晶种经过研磨、筛分、乙醇润洗、再筛分得到；具体为：阿洛酮糖成品经过研磨筛分，取粒度为40-60目的晶体，按1:2的比例加入乙醇溶液，研磨后再次筛分，得到粒度为100目的晶体。
进一步，步骤(1)所述养晶温度为48℃。
进一步，步骤(3)所述超声功率为200w/kg溶液，频率20kHz。
进一步，步骤(5)所述离心条件为在1300rpm下离心60min，流化床干燥温度为45℃。
本发明方法制备得到的D-阿洛酮糖晶体为形状规则的单晶体，产品粒度分布在16-30目的晶体颗粒的质量分数范围为80-85％，休止角30-35°，具有纯度高、流动性好、晶体颗粒尺度大且形状均一等特点。流动性由粉体休止角体现，采用固体漏斗法测定粉体流动性，休止角越大，摩擦系数越大，流动性越差。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，具有以下有益效果：
(1)在常规冷却结晶条件下，D-阿洛酮糖通常以细针状晶体析出，且若降温速度过快，则会有大量细小晶体生成，从而导致溶液粘度增大，不仅不利于大晶体的生长，还会影响后续流化床干燥。本发明提供的方法改善了产品晶型、粒度，晶体主粒度由单纯冷却结晶的40-60目提高至16-30目，流动性提高，降低了因含湿量太高带来的产品聚结、烘干太难、转运不方便等工艺操作难度；
(2)本发明在制备过程中添加超声工艺；一方面超声可以打碎一部分晶体，使针状晶体超声破碎为短棒状，有效调控整个结晶过程中的过饱和度，抑制成核，消除细晶；另一方面，超声可以使晶体在溶液中充分分散，减弱生长过程中晶体的吸附作用，使晶体逐渐生长为形貌完整的独立颗粒，改善产品晶体形态学指标；
(3)本发明在超声结束后采用回温工艺，回温过程不仅会溶解大部分细小晶体，降级溶液粘度和密度，同时还会溶解掉大晶体的棱角形成截断面，提高产品的流动性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例1得到的D-阿洛酮糖产品镜检照片(4倍)；
图2附图为本发明对比例1得到的D-阿洛酮糖产品镜检照片(4倍)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例及对比例中使用的D-阿洛酮糖溶液为酶催化转化后经过模拟移动床分离纯化及真空度-0.08MPa蒸发浓缩处理后的溶液，纯度95％以上。
实施例1
(1)将浓缩至60％的D-阿洛酮糖溶液加入煮糖罐继续浓缩至88％，加入阿洛酮糖干重2％的经过研磨、筛分、乙醇润洗、再筛分得到晶种，48℃恒温养晶4h；
(2)将养晶结束的D-阿洛酮糖饱和溶液放入48℃的结晶机中，按0.2℃/h的速度降至35℃；
(3)将步骤(2)获得的溶液进行超声处理辅助结晶，处理时间15min，超声功率为200w/kg溶液，频率20kHz；
(4)将步骤(3)获得的溶液进行回温处理，以60min的时间使结晶液的温度升高至38℃，并恒温2h；之后按0.4℃/h的速度降至25℃，停止结晶；
(5)产品在1300rpm下离心60min，经45℃流化床干燥，得到形状规则的阿洛酮糖单晶体，晶体粒度分布结果见表1。84.91％晶体粒度可达16-30目，休止角33°，晶体收率59％，晶体纯度99.9％。
表1
晶体粒度 分布率(％)
16目以上 4.35
16-30目 84.91
30-60目 8.01
60目以下 2.73
得到的D-阿洛酮糖产品镜检照片(4倍)见图1。
实施例2
(1)将浓缩至65％的D-阿洛酮糖溶液加入煮糖罐继续浓缩至85％，加入阿洛酮糖干重1％的经过研磨、筛分、乙醇润洗、再筛分得到晶种，48℃恒温养晶5h；
(2)将养晶结束的D-阿洛酮糖饱和溶液放入45℃的结晶机中，按0.3℃/h的速度降至30℃；
(3)将步骤(2)获得的溶液进行超声处理辅助结晶，处理时间20min，超声功率为200w/kg溶液，频率20kHz；
(4)将步骤(3)获得的溶液进行回温处理，以45min的时间使结晶液的温度升高至35℃，并恒温1h；之后按0.5℃/h的速度降至25℃，停止结晶；
(5)产品在1300rpm下离心60min，经45℃流化床干燥，得到形状规则的阿洛酮糖单晶体，晶体粒度分布结果见表2。83.64％晶体粒度可达16-30目，休止角31°，晶体收率56％，晶体纯度99.8％。
表2
晶体粒度 分布率(％)
16目以上 4.12
16-30目 83.64
30-60目 9.75
60目以下 2.49
实施例3
(1)将浓缩至70％的D-阿洛酮糖溶液加入煮糖罐继续浓缩至85％，加入阿洛酮糖干重0.5％的经过研磨、筛分、乙醇润洗、再筛分得到晶种，48℃恒温养晶5h；
(2)将养晶结束的D-阿洛酮糖饱和溶液放入48℃的结晶机中，按0.3℃/h的速度降至35℃；
(3)将步骤(2)获得的溶液进行超声处理辅助结晶，处理时间10min，超声功率为200w/kg溶液，频率20kHz；
(4)将步骤(3)获得的溶液进行回温处理，以30min的时间使结晶液的温度升高至40℃，并恒温1h；之后按0.5℃/h的速度降至25℃，停止结晶；
(5)产品在1300rpm下离心60min，经45℃流化床干燥，得到形状规则的阿洛酮糖单晶体，晶体粒度分布结果见表3。80.11％晶体粒度可达16-30目，休止角35°，晶体收率55％，晶体纯度99.7％。
表3
晶体粒度 分布率(％)
16目以上 3.54
16-30目 80.11
30-60目 11.53
60目以下 4.82
实施例4
(1)将浓缩至70％的D-阿洛酮糖溶液加入煮糖罐继续浓缩至88％，加入阿洛酮糖干重0.1％的经过研磨、筛分、乙醇润洗、再筛分得到晶种，48℃恒温养晶6h；
(2)将养晶结束的D-阿洛酮糖饱和溶液放入45℃的结晶机中，按0.2℃/h的速度降至33℃；
(3)将步骤(2)获得的溶液进行超声处理辅助结晶，处理时间5min，超声功率为200w/kg溶液，频率20kHz；
(4)将步骤(3)获得的溶液进行回温处理，以60min的时间使结晶液的温度升高至36℃，并恒温1.5h；之后按0.4℃/h的速度降至25℃，停止结晶；
(5)产品在1300rpm下离心60min，经45℃流化床干燥，得到形状规则的阿洛酮糖单晶体，晶体粒度分布结果见表4。80.84％晶体粒度可达16-30目，休止角33°，晶体收率55.5％，晶体纯度99.9％。
表4
晶体粒度 分布率(％)
16目以上 2.89
16-30目 80.84
30-60目 10.25
60目以下 6.02
实施例5
(1)将浓缩至65％的D-阿洛酮糖溶液加入煮糖罐继续浓缩至87％，加入阿洛酮糖干重0.3％的经过研磨、筛分、乙醇润洗、再筛分得到晶种，48℃恒温养晶6h；
(2)将养晶结束的D-阿洛酮糖饱和溶液放入47℃的结晶机中，按0.2℃/h的速度降至30℃；
(3)将步骤(2)获得的溶液进行超声处理辅助结晶，处理时间15min，超声功率为200w/kg溶液，频率20kHz；
(4)将步骤(3)获得的溶液进行回温处理，以40min的时间使结晶液的温度升高至33℃，并恒温2h；之后按0.5℃/h的速度降至25℃，停止结晶；
(5)产品在1300rpm下离心60min，经45℃流化床干燥，得到形状规则的阿洛酮糖单晶体，晶体粒度分布结果见表5。82.32％晶体粒度可达16-30目，休止角32°，晶体收率57％，晶体纯度99.8％。
表5
晶体粒度 分布率(％)
16目以上 4.15
16-30目 82.32
30-60目 10.26
60目以下 3.27
对比例1
(1)将浓缩至70％的D-阿洛酮糖溶液加入煮糖罐继续浓缩至88％，加入阿洛酮糖干重2％的经过研磨、筛分、乙醇润洗、再筛分得到晶种，48℃恒温养晶4h；
(2)将养晶结束的D-阿洛酮糖饱和溶液放入48℃的结晶机中，先按0.2℃/h的速度降至35℃，之后按0.4℃/h的速度降至25℃，停止结晶；
(3)产品在1300rpm下离心60min，经45℃流化床干燥，得到形状规则的阿洛酮糖单晶体，晶体粒度分布结果见表6。48.26％晶体粒度可达16-30目，休止角44°，晶体收率43％，晶体纯度98.5％。
表6
晶体粒度 分布率(％)
16目以上 1.15
16-30目 48.26
30-60目 34.88
60目以下 15.71
得到的D-阿洛酮糖产品镜检照片(4倍)见图2。
对比例2
(1)将浓缩至65％的D-阿洛酮糖溶液加入煮糖罐继续浓缩至85％，加入阿洛酮糖干重1％的经过研磨、筛分、乙醇润洗、再筛分得到晶种，48℃恒温养晶6h；
(2)将养晶结束的D-阿洛酮糖饱和溶液放入45℃的结晶机中，先按0.3℃/h的速度降至30℃，之后按0.4℃/h的速度降至25℃，停止结晶；
(3)产品在1300rpm下离心60min，经45℃流化床干燥，得到形状规则的阿洛酮糖单晶体，晶体粒度分布结果见表7。38.99％晶体粒度可达16-30目，休止角48°，晶体收率37％，晶体纯度98.2％。
表7
晶体粒度 分布率(％)
16目以上 1.08
16-30目 38.99
30-60目 40.17
60目以下 19.76
与实施例1-5相比，对比例1、2方法单纯采用梯度降温的方法进行结晶，制备得到的D-阿洛酮糖晶体粒度小，30-60目和60目以下的晶体占50％以上，明显影响后续分离和干燥，所得产品流动性差。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将浓缩至60-70％的D-阿洛酮糖溶液加入煮糖罐继续浓缩至85-88％，加入阿洛酮糖干重0.1-2％的晶种，恒温养晶4-6h；
(2)将养晶结束的D-阿洛酮糖饱和溶液放入45-48℃的结晶机中，按0.2-0.3℃/h的速度降至30-35℃；
(3)将步骤(2)获得的溶液进行超声处理辅助结晶，处理时间5-20min；
(4)将步骤(3)获得的溶液进行回温处理，以30-60min的时间使结晶液的温度升高3-5℃，并恒温1-2h；之后按0.4-0.5℃/h的速度降至25℃，停止结晶；
(5)离心分离，得到粒径均匀晶体，经流化床干燥，即得阿洛酮糖晶体产品。
2.根据权利要求1所述的一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，其特征在于，步骤(1)所述60-70％的D-阿洛酮糖溶液为果糖溶液经D-阿洛酮糖3-差向异构酶催化转化后，经过分离纯化及蒸发浓缩处理后的溶液，纯度95％以上。
3.根据权利要求2所述的一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，其特征在于，所述分离纯化方法采用模拟移动床进行处理；蒸发浓缩处理条件为真空度-0.08MPa。
4.根据权利要求1所述的一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，其特征在于，步骤(1)所述晶种经过研磨、筛分、乙醇润洗、再筛分得到。
5.根据权利要求1所述的一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，其特征在于，步骤(1)所述养晶温度为48℃。
6.根据权利要求1所述的一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，其特征在于，步骤(3)所述超声功率为200w/kg溶液，频率20kHz。
7.根据权利要求1所述的一种提高阿洛酮糖晶体粒度和流动性的方法，其特征在于，步骤(5)所述离心条件为在1300rpm下离心60min，流化床干燥温度为45℃。
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